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超细Al_2O_3-TiC-Co复合粉体的制备及复合材料的研究

张超  
【摘要】: 为了得到品粒细小、均匀,力学性能优异的Co-Al_2O_3-TiC(ATC)复合陶瓷,解决陶瓷的脆性问题,本文在化学镀钴制备高性能ATC复合陶瓷的基础上,采用超声波化学镀方法,以提高钴在陶瓷粉末以及Al_2O_3与TiC陶瓷颗粒之间的分布均匀性,以期进一步提高ATC陶瓷的力学性能。其后,以获得纳米金属陶瓷复合材料为目标,对纳米Al_2O_3、TiC采用超声波化学镀Co,制备纳米ATC复合粉末,并进行烧结试验。在保证复合陶瓷中各相均匀性的同时,减小复合陶瓷的品粒尺寸,从而获得具有高力学性能的复合材料。 用超声波化学镀装置,对微米、纳米Al_2O_3、TiC陶瓷粉体表面镀覆钴,研究各组成分布均匀的ATC复合粉末最佳制备工艺参数,以及复合粉末中钴含量的控制;用HIGH-MULTI 10000型多功能烧结炉对复合粉末进行热压烧结制备ATC复合陶瓷;用HRD-150型电子洛氏硬度机硬度计测定复合陶瓷的硬度;用三点弯曲法和单边切口梁法方法测定了ATC陶瓷的抗弯强度与断裂韧性;用X-ray衍射仪、扫描电子显微镜、能谱成分分析仪、透射电子显微镜对复合粉末和烧结材料的结构、微观形貌进行了观察分析。 对陶瓷粉末化学镀钴法制备金属陶瓷复合粉末的研究表明:通过在粉体化学镀中引入超声波,使得反应可以在较低温度下进行,防止了镀液的自分解。同时相比较传统的机械搅拌分散工艺,超声波分散具有明显的优势,可以大大提高颗粒的分散性,使复合粉末中各组成更为均匀。其最佳的工艺参数为:硫酸钴25g/l、次亚磷酸钠25g/l、柠檬酸钠52.3g/l、硼酸25g/l、pH值10.0、温度45℃、超声波功率40KHZ,并且,通过调整化学镀时的装载量,可以控制复合粉末中钴的含量。 超声波化学镀复合粉末通过热压烧结制备的微米ATC陶瓷力学性能,与常规化学镀钴法制备的ATC陶瓷相比得到明显提高。其断裂韧性达到11.28MPa/m~(1/2)。 对纳米ATC粉体烧结工艺的研究表明:真空保护试样各项力学性能均优于氮气保护试样。氮气保护试样表而各元素分布很不均匀,晶粒大小相差很大,有较多的异常长大相。随着烧结温度的升高,超细ATC陶瓷硬度先上升后下降, 浙江大学硕卜学位论文张超超细A120;一Tic一CO复合粉体的制各及复合材料的研究20043 其抗弯强度和断裂韧性均随烧结温度的升高而下降。超细A丁C陶瓷硬度随钻含 量的增加而降低,而抗弯强度则随钻含量的增加而增加,断裂韧性则随着钻含量 的增加先降低,后升高。超细A」,C陶瓷主要的断裂方式是沿晶断裂,伴有部分 穿品断裂及塑性断裂。 与微米ATC陶瓷相比,已_1纳米ATC粉体制成的超细ATC陶瓷硬度较高, 断裂韧性和抗弯强度较低,综合性能较好。


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